驗證機械能守恒定律教案人教課標版實用教案

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第節(jié)實驗：考據(jù)機械能守恒定律

適用年級：高一，所需課時：

作者姓名：漸懷起，單位：棗莊八中南校

課時

。

。

【授課目的】

〔介紹本課時內(nèi)容在本章中的作用，主要學習內(nèi)容，詳盡細化的三維學習目標，

重點、難點，學習本節(jié)學生的優(yōu)勢和缺乏，主要學習活動和預(yù)期學生表現(xiàn)性成就?！?/p>

本節(jié)在本章中的作用：

本實驗屬考據(jù)性學生實驗，要掌握實驗方法和技巧、實驗數(shù)據(jù)的采集與辦理，解析實驗誤差，從而不但從理論上認識機械能守恒定律，而且經(jīng)過實質(zhì)觀察從感性上增加認識，深入對機械能守恒定律的理解。教材中介紹了測量瞬時速度的更為簡單而正確的方法，要理解其道理。但是作為教者，卻不能夠僵直對教材“俯首貼耳〞，實質(zhì)操作中可對裝置受騙時器的安裝稍作改良──降低計時器高度，這樣

一來誠然紙帶的利用率降低，但其有效長度的利用依舊是足夠的。本節(jié)課經(jīng)過實

驗經(jīng)歷了一次科學研究的全過程，會領(lǐng)悟到發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)立和成功的樂趣,對機械能守恒定律及條件有了深刻認識。

【三維學習目標】

知識與技術(shù)

、掌握考據(jù)機械能守恒定律的實驗原理、實驗方案以及設(shè)計思路。

、會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。

過程與方法

經(jīng)過用紙帶與打點計時器來考據(jù)機械能守恒定律，體驗考據(jù)過程和物理學的研究方法。

感情、態(tài)度與價值觀

經(jīng)過實驗考據(jù)，領(lǐng)悟?qū)W習的快樂，激發(fā)學習的興趣；經(jīng)過親自實踐，成立“實踐

是檢驗真理的唯一標準〞的科學觀。培養(yǎng)學生的觀察和實踐能力，培養(yǎng)學生腳扎實地的科學態(tài)度。

【授課重點】

掌握考據(jù)機械能守恒定律的實驗原理。

【授課難點】

考據(jù)機械能守恒定律的誤差解析及怎樣減小實驗誤差的方法。

【授課方法】

研究、解說、談?wù)?、學生分組實驗、練習。

學習本節(jié)學生的優(yōu)勢和缺乏

本節(jié)教材誠然沒有給出實驗思路但是前面實驗的連續(xù)，其中的一些重點環(huán)節(jié)如打點計時器的用法、紙帶的辦理等都是我們已經(jīng)接觸的，學生設(shè)計和應(yīng)用起來比較順手。由于教材沒有給出詳盡的實驗原理及方案對于局部學生而言進一步想清楚有些難度。

主要學習活動和預(yù)期學生表現(xiàn)性成就

.能依照詳盡的物體運動模型，能設(shè)計考據(jù)明驗方案。

.能依照實驗方案，進行實驗操作、記錄及數(shù)據(jù)辦理并得出實驗結(jié)論。

學情解析：

由于本節(jié)實驗安排在機械能守恒定律學習此后進行的，學生對實驗的方案及思路比較清楚很簡單引導到位。對實驗的一些詳盡本卷須知也有必然的經(jīng)驗，但很難

學習活動設(shè)計(針對本課時選擇的活動形式及過程)

想的全面，因此課堂上以思慮題的形式給出，這樣學生在實驗中能夠較好的注意

到。對數(shù)據(jù)的辦理及實驗結(jié)論的得出也能夠進一步廣闊學生的視野,提升科學涵養(yǎng)等方面都會產(chǎn)生積極的影響。

所需授課資源(列出學習過程中所需的各種支持資源)

【授課用具】

教學設(shè)計、多媒體課件〔配套設(shè)備〕、電火花計時器、重物、紙帶、復寫紙片、鐵架臺、燒瓶夾、電源、刻度尺。

授課支持環(huán)境：帶有多媒體的實驗室。

【談?wù)撛O(shè)計】

經(jīng)過活動、活動使學生明確實驗的目的、原理及使用的器材完成對自主學習第題〔〕的完成。

經(jīng)過活動使學生在做實驗前明確實驗的步驟及本卷須知。

經(jīng)過活動、活動使學生親自體驗實驗操作，培養(yǎng)學生團結(jié)合作、分工協(xié)作配合的能力和辦理實驗數(shù)據(jù)的能力。完成對自主學習第題〔〕的完成。

經(jīng)過活動依照提示試一試用圖像法辦理數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學生掌握用數(shù)學知識辦理物理問題。

經(jīng)過活動使學生思慮堅固實驗知識練習

活動序次及學生活動時間安排

學生仔細閱讀教材并思慮：

、明確本實驗要考據(jù)的表達

1mvA2mgh式，2(為初步點)活動式中是物體從點下落至點的〔分高度，是物體在點的瞬時速鐘〕度。、不用然，假設(shè)不測量物體的質(zhì)量，而只要考據(jù)122vnghn就行了。

課

時

明確本實驗的目的和原理

1mvA2mgh2?；顒用鞔_器材包括：電火花計時〔分鐘〕器、重物、紙帶、復寫紙片、鐵架臺、燒瓶夾、交流電源、刻度尺。

教師活動

教師利用教學設(shè)計引導學生仔細閱讀課本完成以下問題：〔多媒體投影〕

、據(jù)圖的重物下落的運動模型推導出機械能守恒定律在本實驗中的詳盡表達式。

、該實驗中可否必然需要測量重物的質(zhì)量？為什么？

、據(jù)圖怎樣求出點的瞬時速

度？

(依照做勻加速運動的物體在某一段時間內(nèi)的平均速度等于該時間中間時刻的瞬時速度可求出點的瞬時速度。)

一、實驗介紹

．實驗?zāi)康模嚎紦?jù)機械能守恒定律。

．實驗原理：本實驗考據(jù)極其簡單狀況下的機械能守恒──自由落體運動。而且，針對的是及其特其他過程──從釋放點到某地址。

計量重力勢能的改變時，只要測量出過程高出的高度，結(jié)合當?shù)氐闹亓铀俣燃纯?。計量動能改變時，啟用了打點計時器──依照打出的紙帶求末狀態(tài)的瞬時速度〔依照“勻變速運動的平均速度等于中間時刻的瞬時速度〞〕。

、實驗器材：據(jù)圖引導學生結(jié)合實驗原理明確這個實驗需要什么器材?

設(shè)計妄圖

課堂問題引入，創(chuàng)立情

景,有目的激發(fā)學生研究的欲望和熱情。

明確實驗?zāi)康?、原理、需要的器材。從而?jù)原理得出需要測量的量。

、思慮談?wù)撁鞔_實驗步驟二、實驗步驟：

．按圖安裝實驗器材，接通電據(jù)教材引導學生確定實驗步

源前，用手提升紙帶至重錘靠驟。

近打點計時器處?！布垘隙?/p>

最好不要懸空提著，而要用手

按在墻上，這樣可保證下落的

初速度為零，而且紙帶上打出找學生答復?！捕嗝襟w投影〕

的第一個點是清楚的一個小

點?！?/p>

活動

〔

鐘〕

據(jù)實驗步驟提出問題：．先接通電源，待計時器打點、怎樣確定起點〔點的速度應(yīng)堅固后再松開紙帶，讓重錘自為零〕怎樣鑒識呢？分由下落，打點計時器應(yīng)該在紙、在架設(shè)打點計時器時應(yīng)注意帶上打出一系列的點．關(guān)閉電什么？為什么？源，取下紙帶備用。、實驗時，為什么先接通電源．重復步驟兩次，打出條紙帶。和釋放紙帶的序次怎樣？來．取點跡清楚的紙帶，爾后在源、測量下落高度時，某同學紙帶上任取個連續(xù)的點〔或間以為必定從初步點算起，不能夠隔點數(shù)相同的弄錯。他的見解正確嗎？為了點〕．．．．，〔為減小測量值的相對誤差，采用了減小測量值的相對誤差，選的各個計數(shù)點要走初步點合適取的各個計數(shù)點要走初步點遠些好，還是近些好？遠些，紙帶也不宜過長，約

40cm即可〕如以以下圖所示。

．考據(jù)點到點過程機械能守恒

的方程為：，其中

為點到點〔或點到點〕之間的

時間間隔，若是在誤差贊同的

范圍內(nèi)等式成立，試驗就是成

培養(yǎng)學生發(fā)散思想能力，明確實驗本卷須知。培養(yǎng)學生全面思慮問題的能力，確定實驗步驟，

功的。同理，能夠考據(jù)點到點

過程、點到點過程的機械能是

否守恒。

．拆下器材，放回原處。

、思慮老師的問題，談?wù)摗?/p>

交流。選出代表公布見解。

、由于打點計時器每隔打點

一次，在最初的內(nèi)物體下落

距離約為，因此應(yīng)從幾條紙帶

中選擇第一、二兩點間距離接

近的紙帶進行測量；]

、打點計時器要豎直架穩(wěn)，

使其兩限位孔在同一豎直平

面內(nèi)，以盡量減少重物帶著紙

帶下落時所碰到的阻力作用。

、必定先接通電源，讓打點

計時器正常工作后才能松開

紙帶讓重物下落。

、這個同學的見解是不正確

的。能夠用下面的公式解決。1mvB21mvA2mghAmghB22為了減小測量值的相對誤

差，采用的各個計數(shù)點要離起

始點合適遠些好。

在學生實驗小組分工明確的經(jīng)過教學設(shè)計要修業(yè)生分組談?wù)摯_前提下開始分組實驗。定實驗的步驟，巡回指導，幫把實驗中獲得的數(shù)據(jù)填入學助能力較差的學生完成實驗。活動案中的表格〔分談?wù)撛趯嶒炦^程中表現(xiàn)突出的鐘〕小組，要求將記錄的數(shù)據(jù)保存好。

使學生親自體驗著手操作學生實驗。

．用公式vnhn1hn1，2t算出各點的瞬速度、、??．算各點的重力能的減少量。和能的增加量1mv2，并行比．看可否2相等。活〔分〕理數(shù)據(jù)并能敬愛事通告。

小內(nèi)明確只要加速度，機械能就守恒，相當

于用機械能守恒定律機

械能守恒定律。

三、數(shù)據(jù)理投影學生的告，

明確是在差允的范內(nèi)

機械能守恒。

引學生解析差

生的原因：激學生探

1．阻力影響。保括空氣阻究的力、與器阻趣，引學

力。生解析數(shù)據(jù)

2．數(shù)差。的趣

一步提出：可否用或

gh算速度。

：可否用其他方法比方像法?！蔡崾荆喝羰且裕詸M〕

活依照提示用像法〔分理數(shù)據(jù)?！?/p>

投影學生的像，引學生確定數(shù)據(jù)出的是原點的直，才能機械能守恒定律，其斜率等于的數(shù)

培養(yǎng)學生掌握用數(shù)學知理物理

活利用自主學第完成學生思慮并完成堅固堅固學生〔分指點局部學生有誘惑的地方用知能力〕

授課價可談?wù)摰膶W習要素

．活動、、、學生的參加度

談?wù)摲椒ǎ航處煬F(xiàn)場談?wù)?/p>

談?wù)撝笜耍簩W生可否積極思慮問題，答復以下問題可否正確和全面，語言表達可否清楚條理。

．活動、、小組合作研究試驗

談?wù)摲椒ǎ菏褂昧恳?guī)〔自評小組內(nèi)互評師評〕

談?wù)撝笜耍盒〗M內(nèi)積極參加，能主動交流，親自著手做一做試驗，得出正確

合理的結(jié)論，表述正確簡潔。

．學生能宣布活動的結(jié)果

談?wù)摲椒ǎ航處煬F(xiàn)場談?wù)?，學生互評

談?wù)撝笜耍核悸非宄?、語言組織能力、正確度和概括能力

授課資料

考據(jù)機械能守恒定律實驗的幾種常有設(shè)計

在不涉及彈性勢能時，機械能守恒的條件是，在物系通通的運動過程中只有重力做功。這時可是重力勢能與動能的相互轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)增加〔或減小〕的重力勢能等于減少〔或增加〕的動能。要用實驗考據(jù)這一關(guān)系，需測出運動過程中物系通通內(nèi)各物體的高度變化，從而計算系統(tǒng)重力勢能的變化量，這能夠用刻度尺測量。測需要測出系統(tǒng)中各物體的初、末速度，從而計算系統(tǒng)動能的變化量，這能夠用打點計時器、光電門、速度傳感器等測量，也能夠利用其他物理規(guī)律測量。

完成此實驗，一是機械能守恒條件的創(chuàng)立，即讓無彈性形變的物系通通只受重力這一外力的作用，或雖有非重力作用，但它們不做功；二是測算出運動過程

中兩個狀態(tài)間系統(tǒng)減少的重力勢能與增加的動能；三是比較與

在誤差范圍內(nèi)可否相等。由于空氣阻力及摩擦力的不能防范，總有>。

一、利用打點計時器進行考據(jù)

．物體做自由落運動

一般以重錘從自由落體運動開始時刻〔紙帶上的第一個點〕到此后的某一合適時刻〔紙帶上最后一個點從前的某點〕進行研究。實驗時，先接通打點計時器

電源再釋放紙帶，在打出的紙帶中，采用第一、二點間距最湊近2mm的紙帶進

行測量。測出第點到第點的距離，那么重錘重力勢能的減少量為；打出

這兩點的時間間隔為〔是交流電的頻率〕，由勻變速直線運動平均速度的推論

、平均速度的定義式及，可知打第點時重錘的瞬時速度為

，重錘動能的增量為。由于要比較可否相等的

與都是的倍數(shù)，因此本實驗不需要測量重錘的質(zhì)量。

例．某同學用圖〔〕所示的實驗裝置考據(jù)機械能守恒定律。打點計時器所用電源的頻率為，當?shù)刂亓铀?/p>

度為9.80m。實驗中該同學獲得的

一條點跡清楚的完滿紙帶如圖〔〕

所示。紙帶上的第一個點記為，另

選連續(xù)的三個點、、進行測量，圖中

給出了這三個點到點的距離、和的

值。答復以下問題〔計算結(jié)果保存

位有效數(shù)字〕〔〕打點計時器打點時，

重物速度的大??；〔〕經(jīng)過解析

該同學測量的實驗數(shù)據(jù)，他的實驗

結(jié)果可否考據(jù)了機械能守恒定律？

簡要說明解析的依照。

答案：，能考據(jù)。

解析：由勻變速直線運動一段時間里的平均速度等于這段時間的重點時刻的瞬時

速度的推論可知：。那么從重錘開始下落道打

出點，重錘增加的動能，減少的重力勢能為

。由于近似等于，因此該實驗考據(jù)了機械能守恒定

律。

【談?wù)摗吭搶嶒炛?，由于紙帶的阻力、空氣阻力的存在，重錘減少的重力勢

能大于增加的動能。

．兩物系通通在豎直方向的勻加速運動

利用圖所示實驗裝置，可考據(jù)、〔<〕組成的系統(tǒng)機械能可否守恒。讓從高處由靜止開始下落，兩物體均做勻加速直線運動，拖著的紙帶將被打出一系列的點。假設(shè)先接通打點計時器電源，爾后釋放，測出紙帶上第點到第點的距

離，那么系統(tǒng)重力勢能的減少量為；打出

所研究的兩點的時間間隔為〔是交流電的頻率〕，打第點

時的兩物體的瞬時速度均為，那么系統(tǒng)動能的增量為

。由于要比較可否相等的與的表

達式是兩物體質(zhì)量的不同樣組合，因此本實驗需要測量兩物體各自的質(zhì)量。

例．以以下圖，兩個質(zhì)量各為和的小物塊和，分別系在一條超出定滑輪的軟繩兩

端，＞，現(xiàn)要利用此裝置考據(jù)機械能守恒定律。

〔〕假設(shè)選定物塊從靜止開始下落的過程進行測量，那么需要測量的物理量

有。

①物塊的質(zhì)量、；②物塊下落的距離及下落這段距離所用的時間；③物塊上升的距離及上升這段距離所用的時間；④繩子的長度。

〔〕為提升實驗結(jié)果的正確程度，某小組同學對此實

驗提出以下建議：①繩的質(zhì)量要輕：②在“輕質(zhì)繩〞的前提下，繩子越長越好；③盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃；④兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小。

以上建議中確實對提升正確程度有作用的是

。

〔〕寫出一條上面沒有提到的提升實驗結(jié)果正確程度有益的建議：

答案：〔〕①②③；①③

。

解析：本實驗是經(jīng)過比較物系通通運動中，減少的重力勢能與增加的動能可否相等，來考據(jù)機械能守恒定律。因此，本實驗應(yīng)以、及連繩整體作為研究對象。

實驗中，由靜止釋放后，三者一同在向下合力作用下，勻加速運動。

假設(shè)能測出兩物體的質(zhì)量，下降的距離或上升的距離，測出運動的時間，可由勻變

速直線運動的平均速度公式算知物體的末速度，最后求得整

體減少的重力勢能和增加的動能，看二者可否相等。

上述解析的前提是不計空氣的阻力，不計滑輪的摩擦，不計繩的質(zhì)量及形變。這樣就要求繩子越輕越好，彈性越小越好，不宜太長，長了形變對實驗的影響越大。、相差越大，整體所受阻力相對于合力對運動的影響越小。這些都是減小系統(tǒng)誤差，提升實驗正確程度的做法。

【談?wù)摗繉嶒瀱栴}的解析，重點是實驗原理。

．小車在滑板上的勻加速運動

以以下圖裝置中，測出小車質(zhì)量和小

桶與沙的總質(zhì)量，安裝好儀器器材后，使

滑板合適傾斜以平衡滑動摩擦力，平衡掉

滑動摩擦力此后，就相當于不受摩擦力的

作用。先接通電源，再釋放小車，從打出

的紙帶上，選出兩個合適點進行測量與計

算。以小車、沙桶系統(tǒng)為研究對象，測出

兩點距離，那么系統(tǒng)減少的重力勢能為：

；利用勻變速直線運動“一段時間的中點時刻的速度等于這段時間里

的平均速度〞的推論及平均速度的定義，可算出打出所選的兩點時小車及沙桶的

速度、，系統(tǒng)增加的動能為：。

二、利用光電門進行考據(jù)

以以下圖，將氣墊導軌傾斜放置，滑塊在自己重力作用下沿導軌〔圓滑斜面〕勻加速下滑。、為固定在導軌上的兩個光電門，利用與其連接的光電計時器，可

測出滑塊通的時間，利用游標卡尺測出滑塊上遮光條的寬度，可算出滑塊經(jīng)過光

電門的速度為，這樣就可以計算出

物體在兩個光電門間運動時動能的增加量。測

出兩光電門中心間距，導軌兩端的水平距離，

兩端的高度差，可計算出物體在兩個光電門間

運動時重力勢能的減少量為：

。假設(shè)滑塊經(jīng)過兩個光電門

的時間分別為、，那么滑塊動能增加量為：。

三、利用平拋運動進行考據(jù)

圖裝置中，圓滑弧形軌道豎直置于高度為的桌面，軌道下端切線保持水平，

將小滑塊從軌道上距桌面高度處由靜止釋放，滑塊走開軌道后平拋運動落至地

面，測出落點與軌道下端的水平距離，由平拋運動公式可算知滑塊走開軌道時的

速度為。滑塊從釋放到走開軌道，減少的重力勢能為：，

增加的動能為：。

例．利用圖裝置可考據(jù)機械能守恒定律。圓滑弧形軌道豎直置于高度為的桌面，軌道下端切線保持水平?！病硨⑿』瑝K從軌道上距桌面高度處由靜止釋放，滑塊走開軌道后平拋運動落至地面，測出落點與軌道下端的水平距離。假設(shè)小滑塊質(zhì)量為，那么滑塊從釋放到經(jīng)

過軌道尾端，減少的重力勢能，增加的動能

；

〔〕由于阻力，實驗中利用實驗數(shù)據(jù)算出的和

對應(yīng)的之間的關(guān)系是：〔>、、<〕。

〔〕上述實驗中，也可改變，屢次重復操作，測出和對應(yīng)的，如機械能守恒，

那么和滿足關(guān)系式。

〔〕某同學以為橫軸、為縱軸，利用測得的和對應(yīng)的數(shù)據(jù)，在坐標平面描點

連線獲得了滑塊運動的圖像，假設(shè)圖像是〔過原點的傾斜直線、過原點的曲

線〕，那么證明滑塊在軌道上運動時。

答案：〔〕，〔分〕；〔〕>；〔〕；〔〕過原點的傾斜直線，

機械能守恒。

解析：由平拋運動公式可算知滑塊走開軌道時的速度為?；瑝K從釋

放到走開軌道，減少的重力勢能為：，增加的動能為：

；由于摩擦及空氣阻力，小球在軌道上運動時，戰(zhàn)勝阻力

做功，>；假設(shè)機械能守恒，那么有，即。解得：。由此可

知圖像為過原點的傾斜直線。

【談?wù)摗孔⒁鈱⑴c實驗原理有關(guān)的非線性關(guān)系式改造成線性關(guān)系式。

四、利用系統(tǒng)考據(jù)

如圖〔〕所示，利用系統(tǒng)可考據(jù)擺球運動中的機械能守恒。實驗中系統(tǒng)將顯示出擺球的重力

勢能、動能、機械

能隨擺球走開平

衡地址的高度變

化的圖象如圖〔〕

中的丙、乙、甲所

示，從圖象可知，

在任何高度時，擺

球的機械能〔動能

與重力勢能的和〕

保持不變。

【課后作業(yè)】

將課后第、題做到作業(yè)本上

【使用建議】

成功之處：此節(jié)內(nèi)容學習利用教學設(shè)計，學生能在問題引領(lǐng)下成功的設(shè)計好實驗，理解實驗的原理，知道實驗的步驟，辦理好實驗中需要辦理的問題，學生能積極參加課堂，積極思慮問題，能較好的答復提出的問題，課堂氣氛很爽朗。自

主學習和相互談?wù)摵徒涣骷訌妼W生之間的互動，加強了學生之間的關(guān)系，也促進學生積極去思慮問題，積極主動親自去著手實驗獲得了自己研究所得的歡樂。

遺憾之處：、由于時間、方法限制，學生自由發(fā)揮的不是很多、學生分工合作方面不是很好，局部同學參加較少。、實驗操作不仔細，結(jié)果誤差較大。

、數(shù)據(jù)辦理時